CN106899790A - 摄像装置及照相机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摄像装置及照相机。本发明提供了一种包括焦点检测像素的摄像装置，所述焦点检测像素被构造为利用相位差法进行焦点检测。所述焦点检测像素包括布置在基板中的光电转换单元、布置在光电转换单元上方的微透镜和布置在所述光电转换单元和所述微透镜之间的光导。所述微透镜沿第一平面的折射力小于所述微透镜沿第二平面的折射力。所述第一平面穿过所述微透镜的顶点，垂直于基板的顶面并位于沿焦点检测像素进行焦点检测的方向。所述第二平面穿过微透镜的顶点，垂直于基板的顶面并与所述第一平面相交。

Description

摄像装置及照相机
技术领域
本发明涉及一种摄像装置及照相机。
背景技术
近些年，视频照相机或电子静态照相机中使用的摄像装置已经变得普遍。在日本特开2008-71972号和日本特开2009-109965号公报中描述的摄像装置包括被构造为通过相位差法(phase difference method)进行焦点检测的像素。这些文件中的焦点检测像素在微透镜与光电转换单元之间不具有光导(light guide)。
发明内容
为提高焦点检测像素的敏感度，可以在微透镜与光电转换单元之间布置光导。如果布置光导，则难以通过在日本特开2008-71972号和日本特开2009-109965号公报中描述的微透镜的形状同时获得焦点检测精确度的提高和敏感度的提高。本发明的一方面提供一种在包括光导和微透镜的焦点检测像素中同时获得焦点检测精确度的提高和焦点检测敏感度的提高的技术。
根据一些实施例，提供包括被构造为通过相位差法进行焦点检测的焦点检测像素的摄像装置。所述焦点检测像素包括布置在基板中的光电转换单元、布置在光电转换单元上方的微透镜以及布置在光电转换单元与微透镜之间的光导。微透镜沿第一平面的折射力小于微透镜沿第二平面的折射力。第一平面穿过微透镜的顶点，垂直于基板的顶面并且位于沿着焦点检测像素进行焦点检测的方向。第二平面穿过微透镜的顶点，垂直于基板的顶面并且与第一平面相交。
根据以下对示例性实施例的描述(参照附图)，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是用于说明根据一些实施例的摄像装置的配置的示例的图；
图2A至图2C是用于说明根据一些实施例的焦点检测像素的配置的示例的图；
图3A至图3D是用于说明根据一些实施例的微透镜的配置的示例的图；
图4是用于说明图3A至图3D中所示的微透镜的特征的图；
图5A和图5B是用于说明图3A至图3D中所示的微透镜的特征的图；
图6是用于说明图3A至图3D中所示的微透镜的特征的图；
图7A至图7D是用于说明图3A至图3D中所示的微透镜的特征的图；
图8A至图8D是用于说明图2A至图2C中所示的焦点检测像素的变型例的图；
图9A至图9D是用于说明图2A至图2C中所示的焦点检测像素的另一变型例的图；
图10A和图10B仍然是用于说明图2A至图2C中所示的焦点检测像素的另一变型例的图；
图11A和图11B仍然是用于说明图2A至图2C中所示的焦点检测像素的另一变型例的图；
图12A至图12D是用于说明根据一些实施例的摄像像素的配置的示例的图；以及
图13A至图13D是用于说明根据一些实施例的焦点检测像素的配置的示例的图。
具体实施方式
现在将参照附图，描述本发明的实施例。所有这些实施例中，相同的附图标记表示相同的元件，并会省略对其重复性的描述。可以对实施例适当地进行组合。
将参照附图1描述根据实施例的摄像装置100的框图。可以将现有的部件用作将参照图1进行描述的摄像装置100的组成元件。因此，下面将简要描述摄像装置100的配置的示例。摄像装置100包括摄像区域101、垂直扫描电路102、两个读取电路103、两个水平扫描电路104以及两个输出放大器105。除摄像区域101之外的摄像装置100的区域可被称为周边电路区域。在摄像装置100中，以二维阵列形式布置多个像素。
垂直扫描电路102根据来自控制单元107的指令以行为单位选择多个像素。读取电路103包括列放大器、相关双采样(correlated double sampling，CDS)电路、加法电路等，并且根据来自控制单元107的指令对来自所选择的像素的信号进行加法、放大等。水平扫描电路104根据来自控制单元107的指令，将由读取电路103读取的一个像素行的信号顺序地输出到输出放大器105。输出放大器105将从读取电路103供给的信号放大并将放大的信号供给到信号处理单元106。
信号处理单元106利用由摄像装置100供给的信号进行焦点检测或图像生成。控制单元107控制整个摄像装置100的运行。信号处理单元106和控制单元107可以包括在摄像装置100中，或者可以包括在安装有摄像装置100的电子设备(例如，照相机)中。信号处理单元106和控制单元107可以通过由诸如CPU等的处理器执行程序来实现，或者可以通过诸如ASIC等的硬件(例如，电路)来实现。
接下来将参照图2A至图2C来描述焦点检测像素200的结构。焦点检测像素200是被构造为通过相位差法进行焦点检测的像素。摄像装置100包括摄像区域101中的一个或更多个焦点检测像素200。在摄像装置100包含多个焦点检测像素200的情况下，焦点检测像素200可以分散地布置在摄像区域101，并且可以一维地或二维地布置。焦点检测像素200可以专门用于焦点检测或者可以既用于焦点检测又用于图像生成。多个像素除包括焦点检测像素200外，还可以包括摄像像素。摄像像素是不用于进行焦点检测而是用于生成图像的像素。稍后将描述摄像像素的结构。如图2A所示，焦点检测像素200特别地包括：布置有光电转换单元202的基板201、光导204、滤色器207以及微透镜209。
下面设定坐标系SYS以说明焦点检测像素200的形状。坐标系SYS的X方向是平行于基板201的顶面201a并且平行于进行焦点检测的方向的方向。进行焦点检测的方向是焦点检测像素200能够检测到焦点偏移的方向。在图2A至图2C所示的示例中，两个光电转换区域202a和202b被排列的方向是进行焦点检测的方向。坐标系SYS的Y方向是平行于基板201的顶面201a并且垂直于X方向的方向。坐标系SYS的Z方向是垂直于基板201的顶面201a的方向，并且光在Z方向上从正面进入焦点检测像素200。焦点检测像素200的两个光电转换区域202a和202b沿X方向布置。然而，摄像装置100可以包括沿Y方向布置有两个光电转换区域的其他焦点检测像素。
为焦点检测像素200定义六个平面。如图2C所示，穿过微透镜209的顶点209b并垂直于基板201的顶面201a的平面称为平面PL1。平面PL1平行于X-Z平面。穿过微透镜209的顶点209b、垂直于基板201的顶面201a并与平面PL1相交的平面称为平面PL2。穿过微透镜209的顶点209b、垂直于平面PL1和基板201的顶面的平面称为平面PL3。平面PL3平行于Y-Z平面。平面PL2与平面PL3相交。
如图2B所示，穿过光电转换单元202的中心202c并垂直于基板201的顶面201a的平面称为平面PL1’。平面PL1’平行于X-Z平面。穿过光电转换单元202的中心202c、垂直于基板201的顶面201a并与PL1’相交的平面称为平面PL2’。平面PL2’被定义为与平面PL2重合或平行。穿过光电转换单元202的中心202c并垂直于平面PL1’和基板201的顶面201a的平面称为平面PL3’。平面PL3’平行于Y-Z平面。平面PL2’与平面PL3’相交。中心202c是例如光电转换单元202在平行于基板201的顶面201a的平面上的几何重心。
在本实施例中，在Z方向上，微透镜209的顶点209b与光电转换单元202的中心202c匹配(match)。由于这个原因，平面PL1、平面PL2和平面PL3分别与平面PL1’、平面PL2’和平面PL3’相同。在微透镜209的顶点209b与光电转换单元202的中心202c在Z方向上不匹配的实施例中，这些平面不相同。图2A是沿平面PL1截开的焦点检测像素200的截面图。图2B示出从Z方向上看的光电转换区域202a和202b、栅极210a和210b以及光导204的顶面。图2C示出从Z方向上看的微透镜209。在图2C中，虚线表示距基板201的顶面201a的高度的等高线。
光电转换单元202是布置在基板201内的半导体区域。光电转换单元202的导电类型与光电转换单元202周围部分的导电类型相反。在本实施例中，光电转换单元202由两个光电转换区域202a和202b形成。两个光电转换区域202a和202b互相电气隔离。例如，可以在两个光电转换区域202a和202b之间布置具有与光电转换区域202a和202b的导电类型相反的导电类型的杂质区域。替代地，可以布置元件隔离区域。如上所述，光电转换单元202具有关于中心202c对称的形状。光电转换单元202也具有关于平面PL1’和平面PL3’中的各个对称的形状。光电转换区域202a和202b位于平面PL3’的相对侧上。栅极210a和210b分别组成被构造为传输在光电转换区域202a和202b中生成的电荷的传输晶体管。栅极210a和210b具有关于平面PL3’对称的形状。
在基板201上配设绝缘层203。绝缘层203能够透过可见光。绝缘层203可以是由一种材料制成的单层膜，或者可以是由相互不同的多种材料制成的堆叠膜。绝缘层203的材料的示例是氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)。例如，绝缘层203可以是氧化硅的单层膜或者可以是氧化硅、氮化硅和碳化硅的堆叠膜。绝缘层203包含布线图205。布线图205可以具有单层结构或者可以具有多层结构(图2A至图2C示出具有双层结构的示例)。
摄像装置100包括在绝缘层203上的、横跨摄像区域101的滤色器层206，还包括在滤色器层上的、横跨摄像区域101的微透镜层208。各个焦点检测像素200具有在滤色器层206中的滤色器207。滤色器207是使R(红)的光分量、G(绿)的光分量或B(蓝)的光分量或者C(青)的光分量、M(品红)的光分量或Y(黄)的光分量透过的滤光器。替代地，滤色器207可以是使RGB的所有光分量或CMY的所有光分量透过的滤光器(所谓的白光滤光器)或者可以是使IR(红外光)透过的滤光器。
各个焦点检测像素200具有在微透镜层208中的微透镜209。在本实施例中，微透镜层208的顶面的部分(具有在Z方向上凸出的部分)作为顶面，将被称为一个微透镜。因此，微透镜层208的顶面的切平面的梯度改变的部分和平坦部分，形成两个相邻微透镜之间的边界。微透镜209的形状关于穿过微透镜209的顶点209b并平行于Z方向的直线对称(下文中将该直线称为微透镜209的中心轴线)。微透镜209的形状也关于平面PL1和平面PL3中的各个对称。
为了提高滤光器膜厚度的稳定性，摄像装置100可以在滤色器层206与微透镜层208之间包括平坦化层。微透镜层208、滤色器层206和平坦化层由诸如树脂的材料制成。
光导204被嵌入绝缘层203中并被布置在微透镜209与光电转换单元202之间。光导204的折射率大于绝缘层203的折射率。由于这个原因，穿过滤色器207并从光导204的顶面204a进入光导204的光被限制在光导204内并被引导到光电转换单元202。光导204可以由一种材料制成或者可以由多种材料制成。利用例如绝对折射率来进行折射率的比较。由于折射率依赖于频率，因此可以在透过滤色器207的光的波长的中心附近进行比较。光导204的折射率可以是形成光导204的大部分的材料的折射率。这也适用于绝缘层203的折射率。
接下来将参照图3A至图3D描述微透镜209的形状。将微透镜209在平面PL1至PL3上的顶面209a(即，顶面209a与平面PL1至PL3之间的交点)，分别称为顶面301至303。将微透镜209在平面PL1至PL3上的顶面209a的边缘，分别称为边缘209c至209e。
图3A示出在叠置状态下的顶面301至顶面303，并且还示出光导204。顶面301至顶面303的宽度分别用W1至W3表示，并且光导204的顶面204a的宽度用W4表示。该宽度是在与基板201的顶面201a平行的方向上的长度。在本实施例中，由于光导204的顶面204a是圆形的，因此宽度W4在平面PL1至PL3上具有相同的值。在本实施例中W1至W4满足如下关系：W4<W1＝W3<W2。也就是，在平面PL1、平面PL2、平面PL3的各面上，微透镜209的宽度大于光导204的顶面204a的宽度。此外，微透镜209在PL1上的宽度等于微透镜209在PL3上的宽度并且小于微透镜209在PL2上的宽度。
图3B是针对于顶面301的图。由于顶面301关于微透镜209的中心轴线对称，因此图3B仅示出了一半。将微透镜209的顶点209b与边缘209c之间的截面，在基板201的顶面201a与平面PL1的交线方向上四等分。从边缘209c侧起，依次用301a至301d表示由此获得的四个部分。距离边缘209c最近的部分301a的顶面比从边缘209c起的第二部分301b的顶面更平缓。从边缘209c起的第二部分301b的顶面比从边缘209c起的第三部分301c的顶面更陡。从边缘209c起的第三部分301c的顶面比从边缘209c起的第四部分301d的顶面更陡。
例如以φ1作为由部分301a的顶面与平行于基板201的顶面201a的平面PL4(即，平行于X-Y平面的平面)形成的角的代表值。由平面PL4与部分301a的顶面形成的角的代表值是，表示由平面PL4与部分301a的上表面形成的角的值，例如由平面PL4与部分301a的顶面形成的角的最大值、最小值或平均值，或者在部分301a中心处的值。由平面PL4与部分301a的顶面形成的角的平均值可以是在部分301a的顶面的端部的两个角的平均值，或者可以是在部分301a的顶面上的三个或更多个位置的角的平均值。这也适用于由平面PL4与将在下面描述的微透镜209的各部分形成的角的代表值。使φ4作为由平面PL4与部分301b的顶面形成的角的代表值。由于部分301a的顶面比部分301b的顶面更平缓，因此φ1<φ4成立，例如5°≤φ1≤30°和40°≤φ4≤60°。
图3C是针对于顶面302的图。由于顶面302关于微透镜209的中心轴线对称，因此图3C仅示出了一半。微透镜209的顶点209b与边缘209d之间的截面，在基板201的顶面201a与平面PL2的交线方向上四等分。从边缘209c侧起，依次用302a至302d表示由此获得的四份。距离边缘209d最近的部分302a的顶面比从边缘209d的第二部分302b的顶面更陡。从边缘起209d的第二部分302b的顶面比从边缘209d起的第三部分302c的顶面更陡。从边缘209d起的第三部分302c的顶面比从边缘209d起的第四部分302d的顶面更陡。例如，以φ2作为由平面PL4与部分302a的顶面形成的角的代表值，并以φ5作为由平面PL4与部分302b的顶面形成的角的代表值。由于部分302a的顶面比部分302b的顶面更陡，因此φ2>φ5成立，例如40°≤φ2≤60°和30°≤φ5≤40°。
图3D是针对于顶面303的图。由于顶面303关于微透镜209的中心轴线对称，因此图3D仅示出了一半。微透镜209的顶点209b和边缘209e之间的截面，在基板201的顶面201a与平面PL3的交线方向上四等分。从边缘209e侧起，依次用303a至303d表示由此获得的四个部分。距离边缘209e最近的部分303a的顶面比从边缘209e起的第二部分303b的顶面更陡。从边缘209e起的第二部分303b的顶面比从边缘209e起的第三部分303c的顶面更陡。从边缘209e起的第三部分303c的顶面比从边缘209e起的第四部分303d的顶面更陡。例如，以φ3作为由平面PL4与部分303a的顶面形成的角的代表值，并以φ6作为由平面PL4与部分303b的顶面形成的角的代表值。由于部分303a的顶面比部分303b的顶面更陡，因此φ3>φ6成立，例如50°≤φ3≤80°和30°≤φ6≤50°。
此外，在本实施例中，平面PL1上的、微透镜209的顶面301中的靠近边缘209c的部分比平面PL2上的、微透镜209的顶面302中的靠近边缘209d的部分更平缓。即，满足φ1<φ2。如上所述，靠近边缘的部分可以是距离通过将微透镜等分为四个部分而获得的四个部分中的边缘最近的部分。此外，满足φ1<(1/2)×φ2。平面PL3上的、微透镜209的顶面303中的靠近边缘209e的部分比平面PL2上的、微透镜209的顶面302中的靠近边缘209d的部分更陡。即，满足φ2<φ3。
接下来将参照图4描述微透镜209的聚光。图4是示出平面PL1上的焦点检测像素200和平面PL2上的焦点检测像素200在叠置状态下的图。一些元件未在图4中示出。尽管光电转换单元202在平面PL1和平面PL2之间的大小是不同的，但是图4用相同的大小将其示出。从垂直于基板201的顶面201a的方向(即Z方向)进入的光中，进入靠近顶面301的边缘的部分的光401会聚到距基板201的顶面的高度H2处的点402。另一方面，作为从垂直于基板201的顶面201a进入的光，进入靠近顶面302的边缘的部分的光403会聚到距基板201的顶面的高度H3处的点404。由于满足φ1<φ2，因此H2<H3。即，微透镜209沿平面PL1的折射力小于微透镜209沿平面PL2的折射力。微透镜的折射力是指使进入微透镜的光束弯曲的力，并且有时候被称为微透镜的力。使光导204的顶面204a距基板201的顶面201a的高度为H1，可以满足H2<(1/3)×H1<H3。即，进入靠近顶面301的边缘的部分的光401可以会聚在小于高度H1的1/3的高度处的基板侧上，并且进入靠近顶面302的边缘的部分的光403可以会聚在大于高度H1的1/3的高度处的微透镜侧上。
接下来将参照图5A和图5B描述焦点检测像素200的敏感度。图5A示出平面PL1上的焦点检测像素200，图5B示出平面PL2上的焦点检测像素200。一些元件未在图5A和图5B中示出。进入微透镜209的顶面301的光501，在具有如波形502所示的通过衍射效应传播的波的同时，进行会聚。类似地，进入微透镜209的顶面302的光，在具有如波形504所示的通过衍射效应传播的波的同时，进行会聚。由于微透镜209沿平面PL1的折射力小于微透镜209沿平面PL2的折射力，因此波形502比波形504更宽。由于这个原因，光501的一些分量并未进入光导204，但是光503的大部分分量进入光导204。因此，与微透镜209的顶面301的形状相比，微透镜209的顶面302的形状获得更高的焦点检测像素200的敏感度。
接下来将参照图6描述焦点检测像素200的焦点检测原理。图6说明了摄像光学系统的出射光瞳600、微透镜209和光电转换区域202a和202b的之间的位置关系。出射光瞳600包括两个光瞳区域601和602。从出射光瞳600进入的光的入射角用θ表示。如果光相对于Z方向为顺时针，则θ为正。如果光为逆时针，则θ为负。从光瞳区域601进入的光603(即具有入射角θ>0的光)穿过微透镜209并进入光电转换区域202a。从光瞳区域602进入的光604(即具有入射角θ<0的光)穿过微透镜209并进入光电转换区域202b。通过测量光603和光604之间的相位差进行焦点检测。
接下来将参照图7A至图7D描述根据焦点检测像素200的焦点检测的精确度。图7A示出在平面PL1上的焦点检测像素200，图7B示出了在平面PL2上的焦点检测像素200。一些元件未在图7A至图7D中示出。图7C和图7D示出参照图6描述的入射角θ与光电转换单元202的敏感度之间的关系。在图7C中，曲线702示出光电转换区域202a对进入微透镜209的顶面301的光的敏感度，曲线703示出光电转换区域202b对进入微透镜209的顶面301的光的敏感度。在图7D中，曲线705示出光电转换区域202a对进入微透镜209的顶面302的光的敏感度，曲线706示出光电转换区域202b对进入微透镜209的顶面302的光的敏感度。敏感度的单位任意。
如上面参照图4所述，微透镜209沿平面PL1的折射力小于微透镜209沿平面PL2的折射力。由于这个原因，倾斜地进入顶面301的光701的会聚点的位置比倾斜地进入顶面302的光704的会聚点更靠近基板201。因此，具有角θ>0的光的、进入光电转换区域202b并在进入上表面301的光701中用作假信号的光分量的比率，低于在进入顶面302的光704中的比率。因此，与微透镜209的上表面302的形状相比，微透镜209的顶面301的形状获得更高的焦点检测像素200的焦点检测的精确度。
微透镜209的顶面301沿进行焦点检测的方向(X方向)布置，但是微透镜209的顶面302与进行焦点检测的方向相交。由于这个原因与进入微透镜209的顶面302的光相比，进入微透镜209的顶面301的光几乎不产生假信号。因此，在本实施例中，微透镜209的顶面301的形状使焦点检测精确度优先。微透镜209的顶面302的宽度大于微透镜209的顶面301的宽度。由于这个原因，微透镜209的顶面302比微透镜209的顶面301接收更多的光。因此，在本实施例中微透镜209的顶面302的形状使敏感度优先。在本实施例中，通过这种方式同时获得焦点检测像素200的焦点检测精确度的提高和敏感度的提高。
在本实施例中，微透镜209具有关于平面PL3对称的形状，光电转换区域202a和202b以及栅极210a和210b具有关于平面PL3’对称的形状。因此入射光的敏感度关于θ＝0对称。此外，由于栅极210a和210b位于光电转换区域202a和202b的端部，因此减小了栅极210a和210b的光损失比例。
接下来将参照图8A至图8D描述焦点检测像素200的变型例。在该变型例中，微透镜209的结构与上述实施例的结构不同。下面将主要描述不同之处，并省略对可以相同的部分的描述。图8A至图8D分别对应图2C和图3B至图3D。在图8A至图8D所示的变型例中，在平面PL1上的微透镜209的顶面301与在平面PL3上的微透镜209的顶面303具有相同的形状。因此，上面定义的各种角满足如下关系：
φ1<φ4，
φ2<φ5，
φ3<φ6，
φ1＝φ3<φ2，
W4<W1＝W3<W2
在该变型例中，具有比微透镜209的顶面302的宽度更小的宽度的顶面303的形状使焦点检测的精确度优先。即，微透镜209沿平面PL3的折射力小于微透镜209沿平面PL2的折射力。
接下来将参照图9A至图9D描述焦点检测像素200的另一种变型例。在该变型例中，微透镜209的结构与上述实施例的结构不同。下面将主要描述不同之处，并省略对可以相同的部分的描述。图9A至图9D分别对应图2C、图3B至图3D。在图9A至图9D所示的变型例中，上面定义的各种角度满足如下关系：
φ1<φ4,
φ2<φ5,
φ3>φ6,
φ1<φ3<φ2,
W4<W1＝W3<W2
在该变型例中，具有比微透镜209的顶面302的宽度更小的宽度的顶面303的形状使敏感度优先。即，微透镜209沿平面PL3的折射力大于微透镜209沿平面PL2的折射力。在该变型例中，成立φ2＝φ3。
接下来仍然将参照图10A和图10B描述焦点检测像素200的另一种变型例。在该变型例中，光电转换单元的结构和栅极的结构与上述实施例中的结构不同。下面将主要描述不同之处，并省略对可以相同的部分的描述。微透镜209的形状可以是上述变型例中描述的形状的一种。图10A和图10B二者均对应于图2B。在该变型例中，光电转换单元202包括彼此电气隔离的四个光电转换区域202a、202b、202d和202e。光电转换区域202a和202d的组与光电转换区域202b和202e的组布置在X方向。光电转换区域202a和202b的组与光电转换区域202d和202e的组在Y方向上布置。因此，可以利用该变型例的焦点检测像素200在X方向和Y方向二者上均实现焦点检测。光电转换单元202的形状关于平面PL1’和平面PL3’中的各个对称。
栅极210a、210b、210d和210e的形状关于平面PL1’和平面PL3’中的各个对称。在图10A所示的变型例中，栅极210a和210b沿焦点检测像素200的一侧布置，并且栅极210d和210e沿焦点检测像素200的相对侧布置。在图10B所示的变型例中，栅极210a、210b、210d和210e被布置在焦点检测像素200的四个角。
接下来仍然将参照图11A和11B描述焦点检测像素200的另一种变型例。在该变型例中，光导204的形状与上述实施例中的形状不同。下面将主要描述不同之处，并省略对可以相同的部分的描述。微透镜209的形状可以是上述变型例中描述的形状中的一种。图11A和图11B对应于图2A和图2B。光导204的顶面204a和沿平行于基板201的顶面201a的平面截取的光导204的截面两者均是椭圆的。椭圆的长轴位于平面PL1’且短轴位于平面PL3’。由于这个原因，在平面PL1’上光导204的顶面204a的宽度大于在平面PL3’上光导204的顶面204a的宽度。如上所述，在焦点检测像素200中，具有比微透镜209的顶面302的宽度更小的宽度的顶面301的形状使焦点检测的精确度优先。因此在该变型例中，在平面PL1’上光导204的顶面204a的宽度被做得更大，从而抑制焦点检测像素200的敏感度的降低。还是在该变型例中，在平面PL1上微透镜209的宽度大于平面PL1’上光导204的顶面204a的宽度，并且在平面PL3上微透镜209的宽度大于平面PL3’上光导204的顶面204a的宽度。
接下来将参照图12A至图12D描述根据一些实施例的摄像装置100中配设的摄像像素1200。摄像像素1200与焦点检测像素200的不同之处在于在微透镜209的位置配设微透镜1209，并且光电转换单元202由一个区域形成，其它的地方可以是相同的。下面将主要描述不同之处，并且将省略对可以相同的部分的描述。可以将摄像装置100中配设的光电转换单元202称为摄像光电转换单元，并且可以将摄像装置100中配设的微透镜1209称为摄像微透镜。图12A至图12D分别对应图2A、图2B、图3B、图2C。用顶面1209a表示通过微透镜1209的顶点1209b且垂直于基板201的顶面201a的在平面PL1上的微透镜1209的顶面。摄像像素1200的平面PL1与焦点检测像素200的平面PL2重合或平行。如图12D所示，微透镜1209的顶面上的等高线关于顶点1209b为中心同轴。
如图12C所示，微透镜1209的顶点1209b与边缘1209e之间的截面，在基板201的顶面201a与平面PL1的交线方向上四等分。从边缘1209e侧起，依次用1209a至1209d表示由此获得的四个部分。由于不需要考虑摄像像素1200的焦点检测精确度，微透镜1209可以具有上述的使敏感度优先的形状。例如，距离边缘1209e最近的部分1201a的顶面比从边缘1209e起的第二部分1201b的顶面更陡。从边缘1209e起的第二部分1201b的顶面比从边缘1209e起的第三部分1201c的顶面更陡。从边缘1209e起的第三部分1201c的顶面比从边缘1209e起的第四部分1201d的顶面更陡。例如，以φ0作为由平面PL4与部分1201a的顶面形成的角的代表值，并以φ7作为由平面PL4与部分1201b的顶面形成的角的代表值。由于部分1201a的顶面比部分1201b的顶面更陡，因此φ0>φ7成立，此外，φ0>φ1也成立。即，微透镜1209在平面PL1上的顶面1209a的靠近边缘的部分的斜率可以比微透镜209在平面PL1上的顶面301的靠近边缘的部分的斜率更陡。即，微透镜1209沿平面PL1的折射力可以小于微透镜209沿平面PL1的折射力。
在上述的实施例和各种变型例中，微透镜209的顶点209b和光电转换单元202的中心202c在Z方向上存在重叠的位置。替代地，微透镜209的顶点209b和光电转换单元202的中心202c可以互相偏移。例如微透镜209的顶点209b可以朝向摄像区域101的中心偏移与摄像区域101的中心到焦点检测像素200的距离相对应的量。通过以这种方式使顶点偏移，可以提高布置在摄像区域101外周附近的焦点检测像素200的敏感度和焦点检测精确度。替代地，整个微透镜层208可以相对于基板201偏移。例如，当微透镜层在Y方向偏移时，可以减小栅极210的光损失比例。微透镜209或微透镜层208可以偏移，同时光导204可以相对于光电转换单元202偏移。
可以通过例如光刻法形成上述微透镜层208。例如，为形成微透镜层208，通过旋涂将正性光敏抗蚀剂施加到滤色器层206的顶面。利用图案化的光掩模使抗蚀剂曝光和显影，从而形成包括微透镜209的微透镜层208。光掩模可以是基于细圆点图案的密度控制透光度的区域覆盖调制掩模(area coverage modulation mask)。通过调整区域覆盖调制掩模的透光度分布可以形成具有上述形状的微透镜209。
接下来将参照图13A至图13D描述根据一些实施例的摄像装置。摄像装置包括焦点检测像素1300a和1300b。焦点检测像素1300a和1300b与焦点检测像素200的不同之处在于光电转换单元和栅极的结构不同，并且还配设有遮光部1301a和1301b。下面将主要描述不同之处，并省略对可以相同的部分的描述。微透镜209的形状可以说上述变型例中描述的形状的一种。图13A和图13C二者均对应于图2A，图13B和图13D二者均对应图于2B。
在焦点检测像素1300a中，光电转换单元202由一个区域形成，并且为这一个区域布置有一个栅极210。光电转换单元202的形状关于平面PL1’和平面PL3’中的各个对称。栅极210的形状关于平面PL3’对称。
遮光部1301a布置在光电转换单元202与光导204之间。遮光部1301a由例如金属制成。可以以与布线图205相同的层来形成遮光部1301a。遮光部1301a覆盖了光电转换单元202的一部分。在图13A所示的示例中，遮光部1301a覆盖了光电转换单元202的左半部分，但是未覆盖光电转换单元202的右半部分。在光电转换单元202中，被遮光部1301a覆盖的部分和未被遮光部1301a覆盖位于关于平面PL3’相对的侧面上。入射角θ(图6)为正的光被遮光部1301a反射，因此不进入光电转换单元202。另一方面，入射角θ为负的光进入光电转换单元202。
焦点检测像素1300b与焦点检测像素1300a的不同之处在于遮光部1301b覆盖了光电转换单元202的右半部分，但是未覆盖光电转换单元202的左半部分，其余的可以相同。使用焦点检测像素1300a和1300b，利用相位差法进行焦点检测。
将示例性地描述并入摄像装置的照相机，作为根据上述实施例的摄像装置的应用示例。照相机的概念不仅包括主要目标是拍摄的装置还包括具有辅助拍摄功能的装置(例如，个人计算机、便携式终端或者车辆)。照相机可以是例如照相机头的模块组件。照相机包括在上面实施例中示例性描述的根据本发明的摄像装置以及处理从摄像装置输出的信号的信号处理单元。信号处理单元可以包括，例如基于由摄像装置获得的信号处理数字数据的处理器。可以在摄像装置的半导体基板上或其他半导体基板上配设被构造为生成数字数据的A/D转换器。
虽然已经参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应当对以下权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构及功能。

Claims (20)

1.一种摄像装置，所述摄像装置包括被构造为通过相位差法进行焦点检测的焦点检测像素，
其中，所述焦点检测像素包括：
布置在基板中的光电转换单元；
布置在光电转换单元上方的微透镜；以及
布置在光电转换单元与微透镜之间的光导，
其中，微透镜沿第一平面的折射力小于微透镜沿第二平面的折射力，
所述第一平面穿过微透镜的顶点，垂直于基板的顶面，并且位于沿所述焦点检测像素进行焦点检测的方向，并且
所述第二平面穿过微透镜的顶点，垂直于基板的顶面并且与所述第一平面相交。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，微透镜在所述第一平面上的顶面的靠近边缘的部分，比微透镜在所述第二平面上的顶面的靠近边缘的部分更平缓。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，在将微透镜的顶点与边缘之间在所述第一平面上的截面，在基板的顶面与所述第一平面的交线方向上进行等分所获得的四个部分中，距离边缘最近的部分的顶面比从边缘起的第二部分的顶面更平缓，并且
将微透镜的顶点与边缘之间在所述第二平面上的截面，在基板的顶面与所述第二平面的交线方向上进行等分所获得的四个部分中，距离边缘最近的部分的顶面比从边缘起的第二部分的顶面更陡。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，微透镜在所述第一平面上的宽度小于，微透镜在所述第二平面上的宽度。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，微透镜在所述第一平面上的宽度大于，光导的顶面在所述第一平面上的宽度，并且
微透镜在所述第二平面上的宽度大于，光导的顶面在所述第二平面上的宽度。
6.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，进入微透镜在所述第一平面上的顶面的靠近边缘的部分的光，在小于光导的顶面距基板的顶面的高度的1/3的高度处，会聚在所述基板侧，并且
进入微透镜在所述第二平面上的顶面的靠近边缘的部分的光，在大于光导的顶面距基板的顶面的高度的1/3的高度处，会聚在所述微透镜侧。
7.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，以φ1作为由微透镜在所述第一平面上的顶面的靠近边缘的部分与平行于基板的顶面的平面形成的角的代表值，以φ2作为由微透镜在所述第二平面上的顶面的靠近边缘的部分与平行于基板的顶面的平面形成的角的代表值，
满足φ1<φ2。
8.根据权利要求7所述的摄像装置，其中，
还满足φ1<(1/2)×φ2。
9.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述第二平面与第三平面相交，所述第三平面穿过微透镜的顶点并且垂直于基板的顶面和所述第一平面。
10.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，微透镜的形状关于所述第三平面对称。
11.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，微透镜在所述第三平面上的顶面的靠近边缘的部分，比微透镜在所述第一平面上的顶面的靠近边缘的部分更陡。
12.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，微透镜在所述第三平面上的顶面的靠近边缘的部分，比微透镜在所述第二平面上的顶面的靠近边缘的部分更平缓。
13.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，光导的顶面在所述第一平面上的宽度大于光导的顶面在所述第三平面上的宽度。
14.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，光电转换单元包括互相电气隔离的多个区域。
15.根据权利要求14所述的摄像装置，其中，所述多个区域包括第一区域和第二区域，并且
所述第一区域和所述第二区域位于关于与所述第一平面和基板的顶面垂直的平面的相对侧上。
16.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述焦点检测像素还包括覆盖光电转换单元的一部分的遮光部。
17.根据权利要求16所述的摄像装置，其中，在光电转换单元中的被所述遮光部覆盖的部分和未被所述遮光部覆盖的部分，位于关于与所述第一平面和基板的顶面垂直的平面的相对侧上。
18.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述焦点检测像素还包括传输晶体管的栅极，所述传输晶体管被构造为传输在光电转换单元中生成的电荷，并且
所述栅极的形状关于与所述第一平面和基板的顶面垂直的平面对称。
19.根据权利要求1所述的摄像装置，所述摄像装置还包括被构造为生成图像的摄像像素，
其中，所述摄像像素包括：
被布置在基板上的摄像光电转换单元；以及
被布置在摄像光电转换单元上的摄像微透镜，并且
其中，摄像微透镜在穿过摄像微透镜的顶点并垂直于基板的顶面的平面上的顶面的靠近边缘的部分，比微透镜在所述第一平面上的顶面的靠近边缘的部分更陡。
20.一种照相机，所述照相机包括：
根据权利要求1至19中的任一项所述的摄像装置；以及
信号处理单元，其被构造为处理由所述摄像装置获得的信号。
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